Нанесение постоянных, прочных трафаретных узоров из мелких частиц на эластомерные поверхности

Наши исследования направлены на понимание больших деформаций магнитореологических эластомеров при комбинированном нагружении механическим и магнитным полем. Чтобы количественно визуализировать эти деформации в наших экспериментах, мы используем методы оптического слежения, такие как DIC, которые требуют нанесения постоянной маркировки на поверхность наших образцов силикона. Мы используем цифровую корреляцию изображений вместе с индивидуальной универсальной испытательной машиной, способной прикладывать к нашим образцам как механические, так и магнитные нагрузки.

Поверхности образцов помечены шаблонами, чтобы программное обеспечение могло что-то отслеживать. Без постоянной маркировки поверхности отслеживание деформаций невозможно. Силиконы по своей природе не адгезивны и обладают высокой растяжимостью.

Это означает, что большинство распространенных красок и методов маркировки для пластмасс не работают, потому что они не прилипают или могут трескаться и отслаиваться при действительно высоких нагрузках. Наш протокол направлен на удовлетворение потребности в надежном методе маркировки эластомеров, подвергающихся большим деформациям, что позволяет точно отслеживать оптику в повторяющихся механических циклах. В отличие от большинства методов маркировки, которые со временем или высокой нагрузкой выцветают или отслаиваются, наш подход позволяет маркировать, хранить, загружать и выгружать образцы без ухудшения качества.

Это обеспечивает последовательное отслеживание и повторяемость в экспериментах, особенно для исследований старения и усталости. Для начала прикрепите воздушный компрессор к аэрографу. Подключите воздушный компрессор к соответствующей электрической розетке и включите его.

Внутри вытяжного шкафа, надев соответствующие средства индивидуальной защиты, заполните аэрограф изопропиловым спиртом и очистите его несколько раз. Теперь поместите трафарет на бумажное полотенце внутрь вытяжного шкафа. Держите распылительную насадку на расстоянии примерно 30 сантиметров от трафарета и распылите один слой клея на трафарет плавным и непрерывным движением.

Подождите от 30 до 60 секунд, пока трафарет не станет липким, но больше не будет влажным. Затем поместите форму на бумажное полотенце внутри вытяжного шкафа и используйте чистые перчатки без латекса, чтобы осторожно взять трафарет, не повреждая клей. Поместите клейкую сторону трафарета на форму и плотно проведите одним пальцем по трафарету, чтобы расплющить его, обеспечивая равномерный контакт с формой.

Далее с помощью малярного скотча приклейте края трафарета к форме. Для цифровой корреляции изображений или спекл-формы DIC поместите форму на бумажное полотенце внутри вытяжного шкафа поверхностью формы вверх. Держите распылительную форсунку на расстоянии примерно 30 сантиметров от формы и нанесите один слой пресс-формы на форму плавными непрерывными движениями.

Внутри вытяжного шкафа с помощью воронки или маленькой ложки переложите примерно 10 миллилитров мелкодисперсного порошка в пробирку. Добавьте в пробирку изопропиловый спирт, чтобы довести общий объем до 45 миллилитров. Закройте пробирку и энергично встряхните ее, чтобы перемешать суспензию.

Теперь повторно встряхните приготовленную суспензию, чтобы повторно гомогенизировать содержимое, и заполните контейнер для аэрографа до тех пор, пока он не заполнится суспензией на 75%. Включите воздушный компрессор и убедитесь, что давление воздуха установлено в диапазоне от 1,38 до 1,72 бар или от 20 до 25 фунтов на квадратный дюйм. Внутри вытяжного шкафа расположите форму с приклеенным трафаретом под немного отклоняющимся от вертикали углом и направьте аэрограф немного в сторону формы, чтобы распыление началось до того, как оно достигнет формы.

Затем осторожно отведите спусковой крючок аэрографа назад, чтобы начать распыление. Плавно нанесите первый слой суспензии, удерживая насадку примерно в 30 сантиметрах от поверхности и двигаясь в непрерывном движении. После нанесения первого слоя отпустите спусковой крючок аэрографа и наблюдайте за поверхностью для равномерного распределения взвеси мелких частиц.

При необходимости нанесите дополнительные слои по трафарету и поверхности формы. Подождите, пока мелкие частицы заметно высохнут, прежде чем снимать трафарет, и обеспечьте минимальное время высыхания от 180 до 300 секунд. Затем снимите малярный скотч с верхнего более короткого края формы и медленно потяните ленту вверх, чтобы одним плавным движением отсоединить трафарет от формы.

После включения воздушного компрессора расположите форму без трафарета под немного отклоняющимся от вертикали углом для перпендикулярного распыления внутри вытяжного шкафа. Чтобы проверить аэрограф, кратковременно нажмите на спусковой крючок, распыляя на запасной лист бумаги. Убедитесь, что результирующая картина спеклов является пространственно случайной и имеет размер, подходящий для экспериментальной визуализации.

Теперь наведите спусковой крючок на форму, чтобы нанести узор в виде крапинки на ее поверхность, и подождите не менее 180-300 секунд, пока мелкие частицы не станут заметно сухими. Наконец, соберите пресс-формы для подготовки к процессу литья под давлением или храните их в течение нескольких дней перед литьем под давлением. После отверждения силиконовых эластомеров формы можно легко удалить.

Узоры или крапинки, первоначально распыляемые на формы, переносятся на поверхность готового эластомера с высокой точностью. Образцы, созданные для механических испытаний, включали в себя различные геометрии, такие как пластины, цилиндры и кубы с контрастной сеткой и узорами в виде пятен на противоположных поверхностях, в том числе белые пластины с черными сетками, черные пластины с белыми сетками и пластины с синими сетками. Рисунок, который прилипает к силиконовому экземпляру во время отверждения, может быть любой формы или цвета.

Шаблон не отрывается и может использоваться многократно в больших экспериментах по деформации. Шаблоны проектирования оптического слежения включали в себя сетчатые шаблоны, разреженные спекл-паттерны DIC и плотные спекл-паттерны для различных потребностей в измерении деформации. Корреляционный анализ цифровых изображений при возрастающей глобальной деформации показал прогрессирующее локальное смещение в вертикальном направлении, визуализированное тепловым картой с цветами от красного до синего.